JP2005129579A - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

基板処理装置及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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JP2005129579A JP2003360873A JP2003360873A JP2005129579A JP 2005129579 A JP2005129579 A JP 2005129579A JP 2003360873 A JP2003360873 A JP 2003360873A JP 2003360873 A JP2003360873 A JP 2003360873A JP 2005129579 A JP2005129579 A JP 2005129579A
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Kanako Kitayama
加奈子 北山
Masayuki Asai
優幸 浅井
Sadayoshi Horii
貞義 堀井
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Abstract

【課題】成膜原料の無駄をできる限りなくすことのできる基板処理装置および半導体装
置の製造方法を用いて、従来の問題点を改善することを目的とする。
【解決手段】基板3を処理する複数の処理室と、前記複数の処理室に原料を供給する1
つの原料供給システム10と、前記複数の処理室にプラズマガスを供給する1つのリモー
トプラズマガス供給システム11と、前記各処理室では前記原料ガスと前記プラズマガス
を交互に複数回供給するとともに、1つの処理室に原料ガスを供給している時は他の処理
室にプラズマガスを供給するよう制御するコントローラ8とを構成する。
【選択図】 図3

Description

本発明は、原料供給システムとリモートプラズマシステムを有する基板処理装置および半
導体装置の製造方法に関するものである。
従来は、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Dep
osition)を行う1つの原料供給システムと1つのリモートプラズマガス供給シス
テムが配置されていた。例えば、図1に示すような反応室1(基板処理室)を用いて基板
3に対して成膜処理とリモートプラズマ照射処理を交互に繰り返し実施していた(特許文
献1参照)。ここで、成膜処理とは、サセプタ4上へ基板3を装填して、ヒータ5で基板
3を加熱した後原料供給システム10からシャワー板2を経由して基板3へ原料ガスを供
給して所定の酸化金属薄膜などのCVD薄膜を基板3上に形成する処理である。また、リ
モートプラズマ照射処理とは、前記の成膜処理を実施した後、基板3上あるいは基板3外
へ堆積したCVD薄膜に対して、プラズマガス供給システム11によりArなどの不活性
ガスを含むガスに電力などのエネルギーを与えてプラズマ化した励起ガスを接地したシャ
ワー板2を経由して反応室1内へ供給する処理である。このリモートプラズマ照射処理は
、前記の成膜処理で堆積したCVD薄膜に含まれる不純物であるHOやCOあるいは
を除去するために実施されている。しかし、リモートプラズマ照射処理と成膜処理は
基板3に対して同時に実施することができない。この理由は、同時に実施すると、成膜ガ
スと前記の励起ガスが気相で直接反応してパーティクルが発生して基板3を汚染したり、
シャワー穴6を詰まらせたりしてしまうためである。従って、基板3に対して成膜処理を
行う場合はリモートプラズマ照射処理を停止しておき、基板3に対してリモートプラズマ
照射処理を行う場合は成膜処理を停止する必要があった。
特開2003−7697号公報。
図2に示すように、原料供給システム10での原料供給の開始処理や停止処理は、一般
に安定に流量を制御することができず、供給を停止した後また供給を再開するときは制御
安定待ち時間が必要になる。安定に制御できない開始処理や停止処理時に基板3へ原料を
供給した場合は、膜厚制御自体が不安定になるという問題がある。この傾向は有機液体材
料を使用した場合に特に顕著である。このため、図1に示すようにバイパス管9を設けて
、成膜の開始に先だって原料をバイパスさせて供給流量の安定化を図り、リモートプラズ
マ照射処理時に成膜ガスが反応室1を経由しないようにしておく方法が一般に行われてい
る。例えば、リモートプラズマ照射処理を実施している間は、成膜ガスをバイパス管9か
ら排気する方法が行われている。尚、図2において成膜処理を実施している間は、リモー
トプラズマ発生装置11(例えば電力)をOFFにしてArガスを励起させなければ、こ
れを成膜ガスと混合させても反応が起きず、前記のようなパーティクル発生は起こらない
。従来においては、リモートプラズマ照射処理の間は、反応室1をバイパスして成膜原料
を排気せざるを得ず原料ガスを無駄に捨てるという状態が生じていた。
本発明では、成膜原料の無駄をできる限りなくすことのできる基板処理装置および半導
体装置の製造方法を用いて、従来の問題点を改善することを目的とする。
本発明の第1の特徴とするところは、基板を処理する複数の処理室と、前記複数の処理
室に原料を供給する1つの原料供給システムと、前記複数の処理室にプラズマガスを供給
する1つのリモートプラズマガス供給システムと、前記各処理室では前記原料ガスと前記
プラズマガスを交互に複数回供給するとともに、1つの処理室に原料ガスを供給している
時は他の処理室にプラズマガスを供給するよう制御するコントローラとを有することにあ
る。
本発明の第2の特徴とするところは、第1の特徴において、前記原料は有機液体原料で
あることにある。
本発明の第3の特徴とするところは、第2の特徴において、前記有機液体原料はHf[
OC(CHHOCHであることにある。
本発明の第4の特徴とするところは、第2の特徴において、前記処理とは、有機金属材
料であるHf[OC(CHHOCHを使用してHfOで示されるCV
D薄膜を堆積するための成膜処理と、リモートプラズマによる励起ガスで該CVD薄膜か
ら不純物をじょきょするためのリモートプラズマ照射処理と、を繰り返して行うことにあ
る。
本発明の第5の特徴とするところは、第1の特徴において、原料供給システムの単位供
給時間とリモートプラズマガス供給システムの単位供給時間が等しいことを特徴とする請
求項1記載の基板処理装置。
本発明の第6の特徴とするところは、第1の処理室に基板を搬入する工程と、第2の処
理室に基板を搬入する工程と、第1の処理室に原料を供給して前記基板上にCVD膜を堆
積する工程と、第2の処理室に原料を供給して前記基板上にCVD膜を堆積する工程と、
第1の処理室にプラズマガスを供給して前記CVD膜から不純物を除去する工程と、第2
の処理室にプラズマガスを供給して前記CVD膜から不純物を除去する工程と、を有し、
前記第1の処理室に原料を供給する工程と前記第2の処理室にプラズマガスを供給する工
程とを並行して行うとともに、前記第2の処理室に原料を供給する工程と前記第1の処理
室にプラズマガスを供給する工程とを並行して行うことを特徴とする半導体装置の製造方
法にある。
本発明によると、液体原料をバイパス管より無駄に排気することなく成膜処理を行える
ので、装置の生産コストを改善できる。
本発明における基板処理装置は、1つの原料供給システム10を用いて2つ以上の反応
室へ成膜ガスを供給できるようにし、さらに1つのリモートプラズマガス供給システム1
1を用いて2つ以上の反応室へ供給できるような構造を用いる。図3はその一例である。
図3の構成は、基板3を処理する第1反応室12、第2反応室13を有し、それぞれの反
応室内にはサセプタ4に保持される基板3を加熱するヒータ5を有し、また、前記基板3
に対向する位置には、シャワー板2を有する。原料供給システム10とリモートプラズマ
供給システム11がバルブを介して、それぞれの反応室に接続されている。具体的には、
原料供給システム10はバルブ16,バルブ18を介して第1反応室12、第2反応室1
3に接続されている。尚、バルブ14はバイパス管19に接続されている。また、コント
ローラ8が設けられており、コントローラ8によりバルブ14〜18の開閉が行われる。
以下に図3のような装置を用いて、有機液体原料であるHf−(MMP)(テトラキス
(1−メトキシ−2−メチル−2−プロポキシ)ハフニウム(Hf[OC(CH
OCH))を原料として基板3上にHfO膜を堆積する方法を示す。
図4を用いて堆積する方法を説明する。バルブ14〜18の初期状態は、バルブ14の
み開とし、その他は閉とする。まず、第1反応室12へ基板3を装填してヒータ5で基板
3を所定の温度まで加熱する基板加熱処理を行う。この間、バルブ14を開としているの
で、原料供給システム10からHf−(MMP)の供給を開始してバイパス管19を利
用して排気しているので原料供給流量の安定化が図れる。尚、この基板加熱処理時には、
バルブ15を開にしてリモートプラズマ照射処理を実施してもよい。次に、第2反応室1
3へ基板3を装填して同様に基板加熱処理を行う。このときも同様にバルブ17を開にし
てリモートプラズマ照射処理を行ってもよい。この第2反応室13での基板加熱処理の開
始とほぼ同じタイミングで、バルブ16を空けて原料供給システムからHf−(MMP)
を第1反応室12へ供給して基板3上へHfO膜の成膜処理を開始する。次に、第2
反応室13での基板加熱処理が終了したら、第1反応室12での成膜処理を停止するため
バルブ16を閉じ、バルブ18を空けて第2反応室13での成膜処理を開始する。このよ
うに第1反応室12から第2反応室13に原料供給システム10からの原料供給を変更す
るとき、原料の供給は停止しないようにする。続いて、バルブ15を空けてリモートプラ
ズマガス供給システム11を第1反応室12へ繋ぎ、リモートプラズマガス供給システム
11内でArを含むガスにプラズマをONして第1反応室12でのリモートプラズマ照射
処理を開始する。この第1反応室12でのリモートプラズマ処理は、リモートプラズマガ
ス供給システム11内でプラズマをOFFしてからバルブ15を閉じ、バルブ17を開く
ことで終了する。次に、バルブ18を閉じて第2反応室13での成膜処理を終了させ、バ
ルブ16を開いて第1反応室12での成膜処理を開始する。同様に、リモートプラズマガ
ス供給システム11内でArを含むガスにプラズマをONして第2反応室13でのリモー
トプラズマ照射処理を開始する。
以上のような手順を繰り返して、原料供給システム10からの原料供給を停止させるこ
となく、第1反応室12、および第2反応室13における成膜処理とリモートプラズマ照
射処理を交互に時分割で繰り返して、所定の膜厚のHfO膜形成を行う。
以上のようにして、従来成膜処理を実施しない場合に原料が無駄に捨てられてしまって
いたという問題点が改善される。
尚、図4中のRPXと記載する処理は、リモートプラズマガス供給システム11でAr
プラズマを発生させた後、このArプラズマガス中に水素、酸素、窒素などのガスを混合
させて反応室へ導入する処理を示す。尚、このArにいずれのガスを混合させても、ある
いはAr単独でもよいが、基板3表面やHfO膜中の不純物の除去効果があるので被処
理基板に応じて適切に用いるとよい。図4のように原料供給システムの単位供給時間とリ
モートプラズマガス供給システムの単位供給時間が等しくなるようにしておけば、バイパ
ス管19から原料を捨てる時間がなくなるので最も効率がよい。図5は、単位供給時間が
異なるケースであり、従来同様に無駄な時間分だけ原料はバイパス管19から捨てられる
ことになる。
また、本発明のように、複数の反応室(基板処理室)に液体原料供給システムやリモー
トプラズマガス供給システムをつなぎ、成膜処理を施すことにより、今まで無駄に捨てら
れていた原料を捨てなくてもすむので、生産コストの低減になるだけでなくスループット
も向上する。
従来の反応室の構成図である。 液体原料供給システムの流量制御性を説明するための図である。 本発明における基板処理装置の構成の一例である。 本発明におけるプロセスの時間的流れを説明するための図である。 原料供給に無駄な時間が発生するケースを説明するための図である
符号の説明
1 反応室(基板処理室)
2 シャワー板
3 基板
4 サセプタ
5 ヒータ
6 シャワー穴
8 コントローラ
9 バイパス管
10 原料供給システム
11 リモートプラズマガス供給システム
12 第1反応室(基板処理室)
13 第2反応室(基板処理室)
14〜18 バルブ
19 バイパス管
20〜21 排気孔
22〜23 バルブ

Claims (6)

  1. 基板を処理する複数の処理室と、
    前記複数の処理室に原料を供給する1つの原料供給システムと、
    前記複数の処理室にプラズマガスを供給する1つのリモートプラズマガス供給システムと

    前記各処理室では前記原料ガスと前記プラズマガスを交互に複数回供給するとともに、1
    つの処理室に原料ガスを供給している時は他の処理室にプラズマガスを供給するよう制御
    するコントローラと、
    を有することを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記原料は有機液体原料であることを特徴とする請求項1記載の基板処理装置。
  3. 前記有機液体原料はHf[OC(CHHOCHであることを特徴とする
    請求項2記載の基板処理装置。
  4. 前記処理とは、有機金属材料であるHf[OC(CHHOCHを使用し
    てHfOで示されるCVD薄膜を堆積するための成膜処理と、リモートプラズマによる
    励起ガスで該CVD薄膜から不純物を除去するためのリモートプラズマ照射処理と、を繰
    り返して行うことを特徴とする請求項3記載の基板処理装置。
  5. 原料供給システムの単位供給時間とリモートプラズマガス供給システムの単位供給時間が
    等しいことを特徴とする請求項1記載の基板処理装置。
  6. 第1の処理室に基板を搬入する工程と、
    第2の処理室に基板を搬入する工程と、
    第1の処理室に原料を供給して前記基板上にCVD膜を堆積する工程と、
    第2の処理室に原料を供給して前記基板上にCVD膜を堆積する工程と、
    第1の処理室にプラズマガスを供給して前記CVD膜から不純物を除去する工程と、
    第2の処理室にプラズマガスを供給して前記CVD膜から不純物を除去する工程と、を有
    し、
    前記第1の処理室に原料を供給する工程と前記第2の処理室にプラズマガスを供給する工
    程とを並行して行うとともに、
    前記第2の処理室に原料を供給する工程と前記第1の処理室にプラズマガスを供給する工
    程とを並行して行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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